A fordítóprogramok szerkezete. Kódoptimalizálás. A kódoptimalizálás célja. A szintézis menete valójában. Kódoptimalizálási lépések osztályozása

Átírás

1 A fordítóprogramok szerkezete Forrásprogram Forrás-kezelő (source handler) Kódoptimalizálás Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Lexikális elemző (scanner) Szintaktikus elemző (parser) Szemantikus elemző (semantic analizer) Belső reprezentáció Kódgenerátor (code generator) Optimalizáló (optimizer) Kód-kezelő (code handler) Tárgyprogram 1 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 2 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás A szintézis menete valójában A kódoptimalizálás célja 1 Optimalizálási lépések végrehajtása az eredeti programon (vagy annak egyszerűsített változatán). 2 Kódgenerálás. 3 Gépfüggő optimalizálás végrehajtása a generált kódon. Hatékonyabb program létrehozása: nagyobb sebesség kisebb méret Ezek a célok időnként ellentmondanak egymásnak! 3 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 4 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás Követelmény a kódoptimalizálással szemben Kódoptimalizálási lépések osztályozása Az optimalizált programnak ugyanúgy kell működnie, mint az eredetinek. - Ez sok mindent jelenthet! ugyanarra a bemenetre ugyanazt a kimenetet adja? eseményvezérelt környezetben ugyanúgy viselkedik? párhuzamos környezetben ugyanúgy viselkedik? stb. Az adott nyelv szemantikája (jelentése) dönti el, hogy egy optimalizálási lépés megengedhető-e. Mit optimalizálunk? az eredeti programot (vagy annak egyszerűsített változatát): itt még vannak ciklusok, elágazások, kifejezéskiértékelés stb. a tárgyprogramot: jellemzően assembly kódot Mi az átalakítás hatóköre? lokális: kis programrészletek átalakítása globális: a teljes program szerkezetét kell vizsgálni Mit használ ki az átalakítás? általános optimalizálási stratégiák: algoritmusok javítása gépfüggő optimalizálás: az adott architektúra sajátosságait használja ki 5 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 6 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás

2 : alapblokk fogalma Alapblokk szerepe az optimalizálásban Definíció: alapblokk Egy programban egymást követő utasítások sorozatát alapblokknak nevezzük, ha az első utasítás kivételével egyik utasítására sem lehet távolról átadni a vezérlést (assembly programokban: ahová a jmp, call, ret utasítások ugranak ; magas szintű nyelvekben: eljárások, ciklusok eleje, elágazások ágainak első utasítása, goto utasítások célpontjai) az utolsó utasítás kivételével nincs benne vezérlés-átadó utasítás (assembly programban: jmp, call, ret magas szintű nyelvekben: elágazás vége, ciklus vége, eljárás vége, goto) az utasítás-sorozat nem bővíthető a fenti két szabály megsértése nélkül A definíció következményei: egy alapblokknak pontosan egy belépési pontja van (az első utasítás) az utasításai szekvenciálisan hajtódnak végre ha rá kerül a vezérlés, akkor az összes utasítása pontosan egyszer hajtódik végre : egy alapblokkon belüli átalakítások 7 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 8 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás Alapblokkok meghatározása Alapblokkok: példa Jelöljük meg: a program első utasítását azokat az utasításokat, amelyekre távolról át lehet adni a vezérlést a vezérlés-átadó utasításokat követő utasításokat Minden megjelölt utasításhoz tartozik egy alapblokk, ami a következő megjelölt utasításig (vagy az utolsó utasításig) tart. main: mov eax,[cimke1] cmp eax,[cimke2] jz igaz dec dword [Cimke1] inc dword [Cimke2] jmp vege igaz: inc dword [Cimke1] dec dword [Cimke2] vege: ret 9 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 10 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás Tömörítés Azonos kifejezések többszöri kiszámításának elkerülése Cél: minél kevesebb konstans és konstans értékű változó legyen! konstansok összevonása: a fordítási időben kiértékelhető kifejezések kiszámítása a := 1 + b ; a := 8 + b; konstans továbbterjesztése: a fordítási időben kiszámítható értékű változók helyettesítése az értékükkel a := 6; b := a / 2; c := b + 5; a := 6; b := 3; c := 8; x := 20 - (a * b); y := (a * b) ^ 2; t := a * b; x := 20 - t; y := t ^ 2; Ez csak látszólag növeli a program méretét! az a*b kifejezés kiértékelése is több assembly utasítás a t változó lehet egy regiszter is Megvalósítás a gyakorlatban: az utasításokból egy címkézett, irányított körmentes gráfot építünk, ebből generálható az optimalizált kód 11 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 12 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás

3 Változó továbbterjesztése Ablakoptimalizálás x := a + b; y := x; z := y; x := a + b; y := x; z := x; Ha az y változóra a továbbiakban már nincs szükség, akkor y := x törölhető! (De ez a törlés már globális optimalizálás...) Ez is megoldható az előzőleg említett gráfos módszerrel. Ez egy módszer a lokális optimalizálás egyes fajtáihoz. Ablak: egyszerre csak egy néhány utasításnyi részt vizsgálunk a kódból a vizsgált részt előre megadott mintákkal hasonlítjuk össze ha illeszkedik, akkor a mintához megadott szabály szerint átalakítjuk ezt az ablakot végigcsúsztatjuk a programon Az átalakítások megadása: minta helyettesítés szabályhalmazzal a mintában lehet paramétereket is használni 13 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 14 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás mov reg,0 xor reg,reg add reg,0 ; elhagyható mov reg,0 xor reg,reg add reg,0 ; elhagyható 15 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 16 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás mov reg,0 xor reg,reg add reg,0 ; elhagyható mov reg,0 xor reg,reg add reg,0 ; elhagyható xor ecx,ecx 17 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 18 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás

4 Tipikus egyszerűsítések ablakoptimalizáláshoz felesleges műveletek törlése: nulla hozzáadása vagy kivonása egyszerűsítések: nullával szorzás helyett a regiszter törlése nulla mozgatása helyett a regiszter törlése regiszterbe töltés és ugyanoda visszaírás esetén a visszaírás elhagyható utasításismétlések törlése: ha lehetséges, az ismétlések törlése a teljes program szerkezetét meg kell vizsgálni ennek módszere az adatáram-analízis: Mely változók értékeit számolja ki egy adott alapblokk? Mely változók értékeit melyik alapblokk használja fel? lehetővé teszi: az azonos kifejezések többszöri kiszámításának kiküszöbölését akkor is, ha különböző alapblokkokban szerepelnek konstansok és változók továbbterjesztését alapblokkok között is elágazások, ciklusok optimalizálását 19 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 20 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás Kódkiemelés Kódsüllyesztés Mi lenne, ha itt kódkiemelést alkalmaznánk? 21 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 22 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás Ciklusok kifejtése Parciális kifejtés a += t[0]; a += t[1]; a += t[2]; a += t[3]; Mérlegelni kell, hogy a méret és a sebesség mennyire fontos... for( int i=0; i<4; i+=2 ) a += t[i+1]; 23 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 24 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás

5 Ciklusok összevonása t1[i] = 0; t2[i] = 1; for( int i=0; i<4; i++ ) t1[i] = 0; t2[i] = 1; Frekvenciaredukálás költséges utasítások átköltöztetése ritkábban végrehajtódó alapblokkba példa: ciklusinvariánsnak nevezzük azokat a kifejezéseket, amelyeknek a ciklus minden lefutásakor azonos az értékük a ciklusinvariánsok (esetenként) kiemelhetők a ciklusból cin > > a; while( h > 0 ) cout < < h*h*sin(a); cin > > a; double s = sin(a); while( h > 0 ) cout < < h*h*s; 25 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás 26 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás Erős redukció a ciklusban lévő költséges művelet (legtöbbször szorzás) kiváltása kevésbé költségessel for( int i=a; i<b; i+=c ) cout < < 3*i; int t1 = 3*a; int t2 = 3*c; for( int i=a; i<b; i+=c ) cout < < t1; t1 += t2; 27 Fordítóprogramok előadás (A,C,T szakirány) Kódoptimalizálás